JP2016041967A - バタフライバルブの弁体及びバタフライバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】弁体全域に亘る必要強度及び弁閉時のバルブの封止性を確保すると共に弁体の重量及びバルブ開閉の操作トルクを低減し、受圧時の局所的な弁体への応力集中及び乱流やキャビテーションの発生を抑制できる表面形状を有し、しかも鋳造性にも優れたバタフライバルブの弁体及びバタフライバルブを提供する。
【解決手段】円筒状のボデー内に上下ステムを介して回転自在に設けたバタフライバルブの弁体であって、円板状のジスク１の上下に設けたボス部２ａ、２ｂを縦リブ４で繋ぎ、ジスクの表裏面に縦リブに交差する水平方向に向けて水平リブ５を形成し、この水平リブの縦リブ方向に切断した断面形状を縦長の扁平形状の外径を有する円弧からなる扁平円弧部としたことを特徴とするバタフライバルブの弁体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、バタフライバルブの弁体及びバタフライバルブに関し、特に、弁体の強度を損わずに軽量化しつつ流体抵抗及び操作トルクを低減し、封止性と鋳造性にも優れたバタフライバルブの弁体及びバタフライバルブに関する。

一般的に、バタフライバルブの弁体は円板状に形成され、バルブの構成は、円筒状のバルブボデーの内周面に弾性シートリングを装着し、この本体の直径位置に回転自在に装着したステムに円板状の弁体を軸支して構成され、ステムを９０°範囲で回転することで弁体を回転させて流路を開閉する。この種のバタフライバルブは、全閉時の封止性も高く、流量調整用としても好適なバルブとして用いられている。また、他の弁種と比較して面間寸法を小さくすることができるので、バルブ全体をコンパクトに構成することができる。さらにトルクが比較的低いため操作性が高く、９０°範囲の操作は自動化し易い。このため、給排水、空調設備、工場プロセス等各種の場面において様々な形態で広く使用される汎用性の高いバルブである。

ところで、バタフライバルブは上記のように構成されているため、ステムの回転で流路方向に対して９０°範囲で傾斜する円板状の弁体が、常時流路に存在している。このため弁開時において、弁体は流路面積を減少させると共に、弁体に形成された段差部等が乱流を発生させて流体へ抵抗を及ぼす。弁閉時において、流体は弁体に大きな流体圧をかけて、この流体圧に基づく応力によって弁体に形状変化（歪み）が生じ得る。この形状変化により弁体が損傷したり、弁体と弾性シートリングとの封止位置にズレが生じて封止性が損なわれることもある。

これらの問題への対処手段として、弁体を厚肉に形成することで形状変化を生じない十分な強度を確保する手段があるが、単純に厚肉に形成した場合は、弁体の強度は確保されるものの、操作トルクの上昇又は弁体の重量増大により製造コストの悪化等を招いてしまう。このため従来から、例えば、できるだけ薄い平板をベースとして弁体を形成しつつボス部や外周部を厚く形成する等、弁体の強度を確保しつつ弁体の重量増加や流体の抵抗を抑えるように構成した各種のバタフライバルブ用の弁体が提案されている。

特許文献１のバタフライバルブの弁体は、弁体の平坦部に比べて厚く形成した外周部と、ステムの挿入孔を有する上ボス部や下ボス部に連結される垂直リブと、この垂直リブに交差する水平リブ等の補強用リブを有しており、この補強用リブは、その断面形状が四角形状或は台形状に形成されているので、角部ないしは曲率の大きい急カーブの段部を有している。また、水平リブと垂直リブの交差部、外周部と弁板部との接合部等も曲率半径の小さい角形状部に形成されているので、弁体表面には多くの角形状部が形成されている。

特許文献２のバタフライバルブの弁体は、円板状の弁体のＹ軸方向上下に外方に膨出して設けた弁棒穴用ボス部を縦リブで連結し、ノズル側表面とオリフィス側裏面にＸ軸方向に延びる所定高さの複数の横リブを有している。本件の弁体においても、縦リブや横リブ等と弁体の平坦部とは、その断面形状において角形状部ないしは曲率半径の小さい急カーブの段部を有している。また上記文献１に記載の弁体と異なり、弁体の外周部は肉厚に形成されておらず、弁体の平坦部と同程度若しくは薄肉に形成されている。

特開２００７−３２６８３号公報 特開２００４−２３９３４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のバタフライバルブの弁体では、以下のような複数の問題点を有していた。先ず、この弁体は弾性シートリングと摺接する外周部が肉厚に形成されているので、弾性シートリングとの接触面積が大きいため操作トルクが増大してしまう問題点があり、しかも、弁体を鋳造する際には表面の引けや鋳巣が出やすくなるという問題点があった。

また、補強用リブや外周部等と弁体の平坦部との接合部が角部ないしは曲率半径の小さい急カーブの段部となっているため、弁体表面には多数の角形状部が形成されている。バタフライバルブでは、特にバルブ全閉時において、流体圧により弁体の弁翼部全域に曲げ変形が作用し歪み応力が発生するが、このように弁体表面に形成された角部や段部では部材の一様な形状が急変化するため、弁体全体に発生した応力分布が乱れて局所的にこれら角部や段部に応力が集中してしまう問題点があった。文献１に記載の弁体においては、この応力集中は、ボス部や垂直リブの付根部や垂直リブと水平リブの交差部付近において顕著であって、この交差部付近の水平リブの幅が狭い場合はとりわけ応力の集中が高まって弁体の変形を起こしやすく、逆に、交差部付近の水平リブの幅を広く形成すると弁体の重量を必要以上に増大させてしまう問題点があった。

さらに、弁体表面に多数の角部や段部が形成されている場合、これら角部や段部の近傍で流路面積が急変化するので、弁体表面からの流れの剥離や急激な圧力変化による乱流・気泡が発生し易くなり、キャビテーションによる弁体の損傷や、乱流による流体制御の不安定化を招きやすいという問題点があった。

特許文献２のバタフライバルブの弁体では、複数の横リブを形成することで弁体の強度向上が図られているものの、特に流体圧が高圧の場合等では、横リブのない箇所では強度が低いため受圧時の弁体の歪みの発生を抑制することができない。このため、弁体全体において強度を十分に確保しようとすれば、リブの増設と、それに伴う弁体重量の増大は避けられなくなる。従って本件に開示の弁体では、弁体強度の確保と軽量化を同時に実現することは到底不可能である。

また、上記文献１の場合と同様に、上下のボス部や縦リブ・横リブ等、弁体表面の各所に多数の角形状部が形成されている。従って文献２に記載の弁体においても、上記した各問題点、すなわち、受圧時の角形状部への応力集中、乱流・キャビテーションの発生といった問題点は到底解決できない。

さらに、本件の弁体の外周部には、平坦な弁板部と同程度の薄肉に形成されている。このため、弁体外周部の流体圧に対する剛性が不足するため、弁体の必要強度を確保することはできない。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、弁体全域に亘る必要強度及び弁閉時のバルブの封止性を確保すると共に弁体の重量及びバルブ開閉の操作トルクを低減し、受圧時の局所的な弁体への応力集中及び乱流やキャビテーションの発生を抑制できる表面形状を有し、しかも鋳造性にも優れたバタフライバルブの弁体及びバタフライバルブの提供にある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、円筒状のボデー内に上下ステムを介して回転自在に設けたバタフライバルブの弁体であって、円板状のジスクの上下に設けたボス部を縦リブで繋ぎ、前記ジスクの表裏面に前記縦リブに交差する水平方向に向けて水平リブを形成し、この水平リブの前記縦リブ方向に切断した断面形状を縦長の扁平形状の外径を有する円弧からなる扁平円弧部としたことを特徴とするバタフライバルブの弁体である。

請求項２に係る発明は、扁平円弧部は、ジスクの外周側から縦リブ側に向けて扁平形状の外径を順次大きくするようにしたバタフライバルブの弁体である。

請求項３に係る発明は、扁平円弧部は、楕円状部であり、この楕円状部は、縦リブ方向に切断した断面形状を横長の楕円状部としたバタフライバルブの弁体である。

請求項４に係る発明は、楕円状部は、ジスクの外周側から縦リブ側に向けて楕円形状の短辺と長辺が順次大きくなるように形成したバタフライバルブの弁体である。

請求項５に係る発明は、縦リブは、断面円筒又は円柱であるバタフライバルブの弁体である。

請求項６に係る発明は、縦リブと水平リブとの繋がり部とジスクの弁板部と水平リブとの繋がり部をアール形状又は円弧状に繋ぐようにしたバタフライバルブの弁体である。

請求項７に係る発明は、ジスクの表裏面の外周端近傍にリング状の肉厚リング部を形成したバタフライバルブの弁体である。

請求項８に係る発明は、肉厚リング部と水平リブの外端部とを平坦状に接合したバタフライバルブの弁体である。

請求項９に係る発明は、肉厚リング部の肉厚の断面形状を円形又は楕円形状としたバタフライバルブの弁体である。

請求項１０に係る発明は、バタフライバルブの弁体を上下ステムを介してボデー内に装着したゴムリング内周に開閉自在に設けた中心型バタフライバルブである。

請求項１に係る発明によると、弁体に作用する流体圧に対して、縦リブは主に上下ステムを支点とした曲げ変形を抑制する剛性を発揮すると共に、水平リブは主に弁体中心を支点とした曲げ変形を抑制する剛性を発揮するので、これら縦リブと水平リブ以外の弁体部分を薄肉に形成して、弁体の流体圧に対する強度を確保しつつ弁体の軽量化を図ることができる。また、水平リブの扁平円弧部は、流体圧により弁体表面に作用する曲げ変形に対して高い剛性を有し、しかも弁体に生じる歪み応力を効率よく分散させることができるので、曲げ変形強度を高めつつ弁体中心付近への応力集中を回避することができる。さらに、この扁平円弧部は滑らかな形状であり、乱流を発生し易い角形状部を有さないことから、流体に及ぼす物理的抵抗を低減しボデー内の流体の流れをスムーズにできると共に、流路に沿った流路面積を緩やかで連続的な変化となるように構成できるので、急激な流路面積の変化によるキャビテーションの発生が抑制される。しかも、単純で滑らかな形状なので、鋳造性に優れる。

請求項２に係る発明によると、受圧により弁体表面に作用する圧力分布に効率よく適応した水平リブの肉厚を形成することができるので、耐圧強度に必要な水平リブの厚みを確保しつつ弁体の重量増加を回避できる。このため、効率よく弁体の重量増大を回避しつつ必要強度を確保できるように肉厚を形成できる。しかも、単純で滑らかな形状なので、鋳造性にも優れる。

請求項３に係る発明によると、楕円形状は簡単に形成できる形状であって、しかも、簡素な形状の中では、強度の確保及び軽量化の観点から、最もバランスの良い形状の一つである。また楕円状部は、水平リブの縦リブとの交差付近に集中し易い応力を、特に効率よく分散させることができる。しかも角部を有さず、滑らかな形状である。このため、鋳造性に優れ、バランス良く強度の確保及び軽量化を実現した水平リブを、非常に簡単に形成することができる。

請求項４に係る発明によると、楕円形状を構成する２つのパラメータを適宜変化させるだけで、受圧により弁体内に発生する応力分布に効率よく適応した水平リブの肉厚を形成することができるので、弁体の重量増大を回避しつつ必要強度を確保できる水平リブの肉厚を、非常に簡単に形成することができる。

請求項５に係る発明によると、流路方向と垂直な縦リブの断面形状が中空の円筒形状であれば、弁体を鋳造する際に、中空の縦リブを容易に成形できると共に弁体の軽量化を図ることができ、弁体が小型で中空に成形し難い場合であっても、縦リブを中実の円柱形状とすることができる。円筒又は円柱は表面が円弧形状なので、その表面に作用する流体圧に対する曲げ変形強度を効率よく高めることができ、しかも、滑らかな円弧形状は乱流を発生し易い角形状部を有さないことから、流体に及ぼす物理的抵抗を低減しボデー内の流体の流れをスムーズにしてキャビテーションの発生を抑制できると共に、弁体に発生する応力の集中も分散させることができる。また、滑らかな形状なので鋳造性も高めることができる。

請求項６に係る発明によると、縦リブと水平リブの繋がり部及びジスクの弁板部と水平リブの繋がり部を、それぞれアール形状又は円弧状に滑らかに繋いでいるので、水平リブ等の突設部が形成された弁体表面から、乱流を発生し易い角部や段部を除去することができる。このため、弁体表面付近の流体の流れをスムーズにしてキャビテーションの発生を抑制できると共に、弁体に発生する応力の集中も分散させることができる。しかも滑らかな形状なので鋳造性も高めることができる。

請求項７に係る発明によると、肉厚リング部はジスク外周端の剛性を高めるので、流体圧に対する曲げ変形強度を高めることができる。また、シール部材と摺接する弁体外周端面は薄肉に維持できるので、シール部材と弁体外周端面との接触面積の増加を回避できる。このため、回転トルクの増大を回避しつつ、弁体の強度を向上することができる。

請求項８に係る発明によると、肉厚リング部と水平リブの外端部との間から、乱流を発生し易い角部や段部を除去することができる。このため、弁体表面付近の流体の流れをスムーズにできると共に、キャビテーションの発生も抑制でき、しかも弁体に発生する応力の集中を分散させることができる。また、滑らかな形状なので鋳造性も高めることができる。

請求項９に係る発明によると、肉厚リング部の断面形状を円形又は楕円形状に形成するため、その表面に作用する流体圧に対する曲げ変形強度を効率よく高めることができる。また、滑らかな円形又は楕円形状は乱流を発生し易い角形状部を有さないことから、流体に及ぼす物理的抵抗を低減しボデー内の流体の流れをスムーズにできると共に、キャビテーションの発生を抑制し、しかも弁体に発生する応力の集中を分散させることができる。また、滑らかな形状なので鋳造性も高めることができる。

請求項１０に係る発明によると、弁体全域に亘る必要強度及び弁閉時のバルブの封止性を確保すると共に弁体の重量及びバルブ開閉の操作トルクを低減し、受圧時の局所的な弁体への応力集中及び乱流やキャビテーションの発生を抑制できる表面形状を有し、しかも鋳造性にも優れたバタフライバルブの弁体を有する中心型バタフライバルブが実現できる。

本発明に係るバタフライバルブの弁体の正面図である。 本発明に係るバタフライバルブの弁体の斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 （イ）は図１におけるイ−イ断面図を示し、（ロ）は図１におけるロ−ロ断面図を示す。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１におけるＣ−Ｃ断面図である。 本発明に係るバタフライバルブの斜視図である。 図７におけるＤ−Ｄ断面図である。

以下に、本発明におけるバタフライバルブの弁体の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１、図２においては、それぞれ本発明に係るバタフライバルブの弁体の正面図、斜視図を示している。

図示するように、本発明におけるバタフライ弁の弁体は、円板状に形成されたジスク１であって、上側のボス部２ａと下側のボス部２ｂが上下から縦方向に連設された形状を呈し、この連設部位に図示しない流路の方向に対して略垂直方向に縦リブ４が形成されている。上ステム１８ａ（図８に図示）はボス部２ａのステム挿入孔３ａへ嵌入固定され、下ステム１８ｂ（図８に図示）はボス部２ｂに設けられたステム挿入孔３ｂへ嵌入固定できるようになっている。

水平リブ５は、縦リブ４とジスク１の中心部で垂直に交差するように、鉛直方向と垂直な水平方向へ向けて形成されている。ジスク１の外周端６近傍には、円形状の外周端６と同心であってその径よりやや短径のリング形状を呈する肉厚リング部７が形成されている。この肉厚リング部７には、前記水平リブ５が接続されている。ジスク１の外周端面であるシート部８は、ジスク１が流路を開閉する際に、シート（図８におけるゴムリング１６）と摺接する部位である。また、肉厚リング部７のジスク内方側であって縦リブ４と水平リブ５以外の領域は、略平坦に形成された弁板部９となっている。

図３においては図１におけるＡ−Ａ断面図を示し、図４においては図（イ）は図１におけるイ−イ断面図を示し、図（ロ）は図１におけるロ−ロ断面図を示し、図５においては図１におけるＢ−Ｂ断面図を示している。

図３に図示するように、外周端６は滑らかにＲ面取り若しくはＣ面取りされており、少なくとも角部とはなっていない。そして、外周端６よりジスク１のやや内方側に肉厚リング部７が形成されており、肉厚リング部７の内方側は、その全域に亘って肉厚を厚さｔで略平坦に形成した弁板部９である。図示するように、外周端６と肉厚リング部７との間も、弁板部９の肉厚と同程度の肉厚に形成している。このため、シート部材と摺接するシート部８の肉厚も、弁板部９の厚さｔと同程度に形成されている。

また図１、図２に示すように、肉厚リング部７の上下部では、ボス部２ａ、ボス部２ｂとそれぞれ一体的に接合しており、しかも、その接合は角部や段部を有さない滑らかな形状に形成されている。

肉厚リング部７の断面形状は、扁平円弧形、円形、楕円形等の角部を有さない滑らかな形状であればよく、本例では円形に形成している。また、肉厚リング部７と、そのジスク１内方側である弁板部９及びその外方側とは、滑らかな形状で接合されており、その形状には特に限定はないが、本例ではアール面で接合されている。

このようにジスク１の外周に形成された肉厚リング部７は、ジスク１の剛性、とりわけ、弁板部９における外周部分である弁翼部１１が受圧した際にジスク１の外周に作用する曲げ変形への剛性を高めているので、弁板部９を薄肉に維持したままジスク１の必要強度を確保することができる。また、肉厚リング部７の全体が外周端６よりジスク１の内方に形成されるように、ジスク１の径よりやや短径のリング形状を呈しているので、シート部８の肉厚も薄肉に維持される。このため、肉厚リング部７の形成によりジスク１外周の強度を確保しても、ジスク１がシート部材と接触する面積が増大することがなく、よってジスク１の回転トルクも増大することがない。

本例では、前記の厚さｔは２．５ｍｍ程度に設定し、肉厚リング部７の断面円形の直径は、厚さｔの２倍程度に設定している。また、肉厚リング部７がジスク表面に形成するリング形状の径は、ジスクの外径φｄに対して８５％から９５％に設定することが好適であり、９０％程度であればさらに好適である。

図３、図４に示す扁平円弧部１０は、水平リブ５を縦リブ方向に切断した断面部分である。この扁平円弧部１０の断面形状は、縦長の扁平形状の外径を有する円弧からなるものであるが、滑らかな形状であって水平リブ５が盛り上がるような所定の肉厚を有する形状であれば特に限定されるものではなく、例えば単一の円弧形状、楕円形状でもよく、その他曲率がその曲線全域に亘って略同一であって円弧と同様な形状を呈する緩やかなカーブ等でもよい。本例では扁平円弧部１０の断面形状は、楕円状部１０Ａとなっている。この楕円状部１０Ａを形成する楕円は、図において縦方向を長さ２ｐの長辺、横方向を長さ２ｑの短辺としている。このため、本例の扁平円弧部１０の断面形状は、バルブの呼び径や流体圧力等に応じて、長辺２ｐ、短辺２ｑの組み合わせを任意に選択することで、必要な形状の楕円を適宜形成することができる。

図４の（イ）、（ロ）は、共に図１において縦リブ４方向と平行に水平リブ５を切断した拡大断面図であって、（イ）は図１のイ−イ線における断面図を示し、（ロ）はイ−イ線と平行であるがイ−イ線よりもジスク１の中心側であるロ−ロ線における断面図を示す。これら（イ）、（ロ）が図示するように、水平リブ５の縦リブ方向に切断した断面を、その外端部２５からジスク１の中心へ向かって、順次大きくするように形成されている。

上記のように扁平円弧部１０の形状を順次変化させるにあたって、その偏平円弧状の変化の態様は、ジスク１の外周側から縦リブ４側へ向けて順次大きくするような変化の態様であれば特に限定されない。このように変化させることにより、弁開状態において水平リブ５が流体の流れをよりスムーズになるようにしている。図３に示すように、本例では、楕円状に形成された楕円状部１０Ａでは長辺２ｐ、短辺２ｑである楕円状に形成されているが、例えば、長辺２ｐ、短辺２ｑの何れか一方の長さを固定したまま他方の長さを一定又は変動する変化率で大きくするようにしてもよく、長辺２ｐ、短辺２ｑを適当に一定又は変動する変化率で相関させて又は独立に大きくするようにしてもよく、さらに、楕円状部１０Ａの面積や周の長さ等が大きくするようにしてもよい。

全閉時のバタフライバルブの弁体が受圧する圧力分布は一様ではなく、一般的に弁体の中心付近が最も負荷が大きい。このため、扁平円弧部１０の扁平円弧状（図３においては長辺２ｐ、短辺２ｑで定まる楕円状部１０Ａ）を、縦リブ４側から外端部２５付近（ジスク１の外周側）へ向けて順次大きくするように形成すれば、受圧による負荷が大きいジスク１の中心部付近の肉厚が厚く形成されつつ、ジスク１の外方へ向けて徐々に肉厚が薄く形成されるので、偏って分布する圧力負荷に所定の精度で対応した水平リブ５の肉厚を形成し、ジスク１の無駄な重量増加を回避し、もってジスク１の必要強度の確保と軽量化を同時に実現することができる。

また、図３、図４に示すように、扁平円弧部１０（楕円状部１０Ａ）と弁板部９との繋がり部１３は、その全域に亘って少なくとも角形状部や段部を形成することが無いように滑らかに接合されており、このように接合されていれば繋がり部１３の断面形状は特に限定されないものの、本例ではアール形状或は円弧状に形成されている。

図５は、図１におけるＢ−Ｂ断面図を示し、中央部にジスク１の中心部である縦リブ４の断面、その左右に水平リブ５の断面と、左右の端部付近に肉厚リング部７の断面が一体に表されている。縦リブ４は中空の円筒に形成されており、本例では図において最も肉厚に形成されているが、ジスク１の呼び径等に応じて、縦リブ４と水平リブ５の厚みを同程度の肉厚に形成してもよい。また、前述したように、扁平円弧部１０（楕円状部１０Ａ）をジスク１の外周側から縦リブ４側に向けて順次大きくなるように形成しているので、同図における水平リブ５の縦方向の厚みもジスク１の外周側から縦リブ４側へ向けて、順次高くなっている。特に、この高さの変化が、同図において縦リブ４であるジスク１中心部を頂点とする緩やかな傾斜の放物線を描くように水平リブ５の厚みを形成してもよい。放物線となるように水平リブ５を形成すれば、その厚みに無駄がなく軽量で、流体抵抗を増加させることがなく、しかも応力に対する補強効果がジスク１全体に行き渡るようにすることができる。

また図５では、水平リブ５と縦リブ４の繋がり部１２が表されており、この繋がり部１２も、扁平円弧部１０（楕円状部１０Ａ）と弁板部９との繋がり部１３と同様に、その全域に亘って少なくとも角形状部や段部を形成することが無いように滑らかに接合されており、このように接合されていれば繋がり部１２の断面形状は特に限定されないものの、本例ではアール形状或は円弧状に形成されている。

さらに図５の左右端部付近には、肉厚リング部７の断面が表されており、本例では、図１に示す水平リブ５の外端部２５を、この肉厚リング部７と平坦状に接合している。このため肉厚リング部７の図５における厚さは、水平リブ５の厚さと略同一となっている。

以上図１乃至図５を用いて説明したように、水平リブ５は、縦リブ４との繋がり部１２、弁板部９との繋がり部１３、肉厚リング部７と接合する外端部２５は、滑らかな形状で繋がれており、かつ、肉厚リング部７とそのジスク１内方側及び外方側も、滑らかな形状で繋がれている。さらに本例では、縦リブ４と弁板部９の間や、ボス部２ａ、２ｂと弁板部９或は肉厚リング部７との間も、それらの接合部の断面形状が滑らかな形状となるように繋がれている。このため、本例に示すジスク１の表面には、角部や段部がほとんど形成されておらず、その表面はほとんどいたるところ滑らかな曲面で形成されている。このように弁体表面に角部や段部が形成されていない場合は、流体の受圧による応力集中を効果的に分散させることができるため、ジスク１の局所的な損傷を抑制することができる。

また、バタフライバルブの弁体として全開或は中間開度である場合は、ジスク１は流路に存在するため流体の流路面積を減少させるが、その表面には角部や段部がほとんど形成されていないため、乱流や気泡の発生が抑制されて整流効果が高いと共に、キャビテーションの発生も効果的に抑制することができる。

図６は、図１におけるＣ−Ｃ断面図である。前述のように本発明のジスク１は、表面に角部や段部がほとんど形成されないため、鋳流れ性に富み非常に鋳造性に優れている。ジスク１の鋳造の際は、後述の図７、図８に示すように、回転軸を成す縦リブ４を円筒に形成し、内部は中空に成形してジスク１の軽量化を図っているが、バルブの呼び径が小さく中空に成形し難い場合は、縦リブ４を円柱に形成し、内部を中実に成形しても良い。

本例においては、縦リブ４は中空の断面円筒（外径φ１７ｍｍ）に形成され、その内部に円柱状の中空部が形成され、この中空部は径の異なる大径部３２と小径部３１から形成されている。大径部３２の径はφ１１ｍｍ、小径部３１の径はφ９ｍｍとしている。また、上ステム挿入孔３ａには、上ステム１８ａと嵌合固定する二面部３４が形成され、この二面部３４における上ステム１８ａとの当接により上ステム１８ａの回転力がジスク１へ伝えられ、上ステム１８ａとジスク１の回転が連動するようになっているので、上ステム１８ａはその軸装部と回転摺動する。一方、下ステム挿入孔３ｂには二面部が形成されず、このため下ステム１８ｂはジスク１の回転と連動せず、下ステム１８ｂはその軸装部に非回転に固定されている。

大径部３２と小径部３１は、水平リブ５に接続する位置３５付近を境界としている。この位置３５のジスク１最下端部からの高さｈは、図１で説明すれば、同図においてジスク１の最下端部から繋がり部１２と繋がり部１３の下側の交差点付近までの高さである。このように、縦リブ４内部に形成される中空部の径をジスク１の下方から位置３５付近までやや小径とし、その分縦リブ４をやや厚く形成することで、ジスク１を下方から鋳湯する場合、縦リブ４から水平リブ５にかけての鋳流れ性が向上し、鋳造欠陥を防止することができる。

また、前述した肉厚リング部７は、弁体としての使用時の強度向上に寄与するのみならず、以下に説明するように、ジスク１の製造の際にも強度を発揮する。本例では、鋳造されたジスク１に対して上下ステム挿入孔を加工し、下ステム挿入孔３ｂは穿設加工により形成されるが、上ステム挿入孔３ａは、そのような穿設加工後、その穿設孔に垂直に所定のプレス刃具を挿入して二面部３４を切削する。そして、この二面部３４を切削する際、ジスク１の固定を高精度に維持して、回転軸を形成する上下ステム挿入孔３ａ、３ｂの軸芯と、切削される二面部を、高精度に対応させる必要がある。このジスク１の固定方法として、ジスク１の上側（アッパー側）をチャックする方法を採用すると、チャックにズレが発生し易く、しかもジスク１の下側（ボトム側）がフリーとなり、切削する二面部３４と下ステム挿入孔３ｂの軸芯とが芯ずれを起こすおそれがある。これを回避するため、ジスク１の固定方法として、所定のプレス用支持治具（不図示）を、ジスク１の下側を挟持するようにして固定する方法を採用する場合が有る。

このように固定した状態でプレス刃具により切削した場合、プレス刃具との摩擦によりジスク１には大きな応力が作用して曲げ変形が発生し、ジスク１が変形してしまうおそれがある。

この点、ジスク１の外周には肉厚リング部７が形成されているため、このような曲げ変形に高い剛性を発揮する。このため肉厚リング７は、このようなプレス刃具による切削加工の際にも、ジスク１の強度を高め変形を防止することができる。

続いて、弁体として使用した本発明に係るジスク１のバルブ全閉時の作用を説明する。本例では、ジスク１の水平リブ５の縦リブ４方向に切断した断面形状を楕円形状としているため、以下に説明するように、流体圧に対して高い強度を有している。

バルブ全閉時では、弁体であるジスク１の弁翼部１１は流路方向と略垂直となってシート部８とシール部材が密着して流体を封止するので、９０°範囲のバルブ開度の中で、ジスク１は全体として最も流体圧を受ける状態となる。ジスク１は上下ステム１８ａ、１８ｂに上下部を軸支されているので、主としてこの流体圧はジスク１の上下を支点として、両側の弁翼部１１を流路２次側へと歪ませるように曲げ変形力を作用させる。

流体圧がこのように作用するため、バルブ全閉時における水平リブ５の流体圧に対する強度を考える際、仮に、水平リブ５を流路と略垂直な方向に支持された片持ち梁と考えた場合、水平リブ５は流路方向と略垂直となり、その流路方向に流体圧が作用し、水平リブ５は受圧方向へたわむ。このたわみの変化量は、水平リブ５の断面形状に固有な断面係数に依存し、一般的には、断面係数が大きいほど、たわみの変化量は小さくなる。このため、たわみの変化量がより小さくなる断面形状を選択すれば、受圧方向に対する剛性が高まり、強度が向上することになる。この断面係数は、単純な断面形状の場合は厳密に算出可能であり、中性面からの高さが同一の場合、一般的には断面形状が四角形状、台形状、楕円形状、円弧形状、山型の角形状の各断面係数は、この記載順に小さくなる。このため、単に強度を求める観点では、断面形状が四角形状や台形状であれば有利である。

しかしながら、前述したように、この断面形状が、ジスク１の表面に角部や段部を形成することになる四角形状や台形状の場合は、応力集中や乱流・キャビテーションを発生させ易い。これらの発生を抑制するため、滑らかな形状となる断面形状を採用する必要がある。従って、水平リブ５の断面形状としては、角部や段部を有さない滑らかな形状の中で、最も断面係数が大きく強度が高い形状を採用すれば理想的である。

この点、扁平円弧部１０が滑らかな楕円を呈する楕円状部１０Ａであれば、断面係数が滑らかな断面形状の中で最も大きい形状の一つであることから、受圧に対するたわみ変化量の小さく必要な強度を十分に確保できる水平リブを形成することができる。また前述したように、一様な形状変化を生じる角部等を有さない滑らかな形状なので、受圧時に弁翼部１１全域に発生する歪みによる水平リブ５への応力集中を効率よく分散できると共に、ジスク１の表面に急激な流路面積の変化をもたらすような角部を有さないことから乱流やキャビテーションの発生が効果的に抑制される。さらに、滑らかで単純な形状なので鋳造時の湯流れも良くジスク１の鋳造性も向上する。

特に、楕円状部１０Ａの呈する形状の断面係数は、水平リブ５の高さ（図２における短辺２ｑ）が同一である場合は、横幅の長さ（図２における長辺２ｐ）に比例するので、長辺２ｐを長く設定するほど、水平リブ５の強度を高めることができると共に、長辺２ｐを長く設定して楕円の形状を扁平にするほど、ジスク１の表面形状の起伏が緩やかになり流路面積の変化を低減するので、スムーズな流体の流れを実現するために好適である。しかし、長辺２ｐを長くし過ぎると、水平リブ５の重量が過大となってしまうため、適宜調整する必要がある。上記したように本例では扁平円弧部１０を、その長辺２ｐが適度に長い横長の楕円状部１０Ａに設定しており、この長辺２ｐは、流体圧や回転トルク等に応じて、ジスク１の強度と重量を考慮して最適な長さに適宜設定することができる。このように、楕円状部１０Ａは、長辺又は短辺の長さを変化させるだけで簡素に形成することができ、簡素に形成できる滑らかな形状の中で、強度の確保及び軽量化の観点から最もバランスの良い形状であって、しかも、弁翼部１１の受圧時に集中し易い応力（特に繋がり部１２付近）の分散効果もとりわけ高い形状である。

次いで、本発明に係るジスク１を、中心型バタフライバルブへ取付けた一例を説明する。図７は、本発明に係る弁体であるジスク１を、中心型バタフライバルブ１４へ装着し、バルブを全閉とした状態の斜視図を示している。本例の中心型バタフライバルブは手動式であり、１５は円筒状を呈して内部に流路を有するボデー、１６はシート部材であるゴムリングであり、このゴムリング１６内周に開閉自在にジスク１が弁体として装着され上ステム１８ａと下ステム１８ｂに軸支されている。ジスク１は、弁体としてこれら上ステム１８ａ、下ステム１８ｂを軸として傾斜し、全閉時は、ゴムリング１６とシート部８が密着して流路を閉止する。

手動用のハンドル１７は、上ステム１８ａを回動できるように固定され、ハンドル１７に固定されたレバー１９は把持していない時はレバー１９の付根部が樹脂製のヨーク２０と一体に形成されたインジケータのギア２１と噛み合うように弾発されており、弁体の開度調整の際は、ハンドル１７と共にレバー１９を把持してこの噛み合わせを解除しつつハンドル１７を回転させ、必要な開度位置となったらレバー１９を解放して付根部をギア２１へ噛み合わせて開度を維持する。ヨーク２０は、二つの六角穴付きボルト２２によりボデー１５へ固定されている。

図８は、図７におけるＤ−Ｄ断面図である。Ｄ−Ｄ断面は、バルブの流路方向及び上下ステム回転軸方向の両方向により形成される断面である。図示するように、ジスク１の上側のステム挿入孔３ａには上ステム１８ａが、ステム挿入孔３ｂの下側のステム挿入孔３ｂには下ステム１８ｂが、それぞれ嵌入固定されている。上ステム１８ａは、ベアリング２５とＯリング２６を介してボデー１５に軸装されており、その上端部はヨーク２０を介してハンドル１７に連設されている。また、図示していないが、ステム挿入孔３ａには本例でも二面部３４が形成されており、この二面部３４で上ステム１８ａと当接してジスク１にハンドル１７の回転力が伝えられる。下ステム１８ｂは、ベアリング２７とＯリング２８を介してボデー１５の底部に軸装されており、下端部は底板２９にて支持され、この底板２９は、十字状を呈して形成され端部がボデー１５下端部に４箇所設けた係合部３７に係止して装着される止具３０で固定されている。ゴムリング１６は、その外周がボデー１５の内周に形成された凹凸面に嵌り込んで固定され、ジスク１のシート部８と摺接して流体を封止する。

また、ゴムリング１６のボデー１５当接面には、保持リング３６が上ステム１８ａ、下ステム１８ｂそれぞれに装着され、これらステムの回転やジスク１の摺動によって生じるゴムリング１６のねじれを防ぎ、弁体回転時の安定性を向上させている。

上記構造は一例であり、これに限定されるものではない。また、本発明に係るジスク１は、本例のような手動バタフライバルブのみならず、中心型バタフライバルブの弁体として広く使用することができ、例えばアクチュエータを搭載した自動バタフライバルブの弁体としても使用できる。

更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

１ ジスク（弁体）
２ａ 上側のボス部
２ｂ 下側のボス部
３ａ 上ステム挿入孔
３ｂ 下ステム挿入孔
４ 縦リブ
５ 水平リブ
６ 外周端
７ 肉厚リング部
９ 弁板部
１０ 扁平円弧部
１０Ａ 楕円状部
１１ 弁翼部
１２、１３ 繋がり部
１４ 中心型バタフライバルブ
１５ ボデー
１６ ゴムリング
１７ ハンドル
１８ａ 上ステム
１８ｂ 下ステム
２５ 外端部

Claims (10)

1. 円筒状のボデー内に上下ステムを介して回転自在に設けたバタフライバルブの弁体であって、円板状のジスクの上下に設けたボス部を縦リブで繋ぎ、前記ジスクの表裏面に前記縦リブに交差する水平方向に向けて水平リブを形成し、この水平リブの前記縦リブ方向に切断した断面形状を縦長の扁平形状の外径を有する円弧からなる扁平円弧部としたことを特徴とするバタフライバルブの弁体。
2. 前記扁平円弧部は、前記ジスクの外周側から前記縦リブ側に向けて扁平形状の外径を順次大きくするようにした請求項１に記載のバタフライバルブの弁体。
3. 前記扁平円弧部は、楕円状部であり、この楕円状部は、前記縦リブ方向に切断した断面形状を横長の楕円状部とした請求項１又は請求項２に記載のバタフライバルブの弁体。
4. 前記楕円状部は、前記ジスクの外周側から前記縦リブ側に向けて楕円形状の短辺と長辺が順次大きくなるように形成した請求項３に記載のバタフライバルブの弁体。
5. 前記縦リブは、断面円筒又は円柱である請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のバタフライバルブの弁体。
6. 前記縦リブと前記水平リブとの繋がり部と前記ジスクの弁板部と前記水平リブとの繋がり部をアール形状又は円弧状に繋ぐようにした請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のバタフライバルブの弁体。
7. 前記ジスクの表裏面の外周端近傍にリング状の肉厚リング部を形成した請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のバタフライバルブの弁体。
8. 前記肉厚リング部と前記水平リブの外端部とを平坦状に接合した請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のバタフライバルブの弁体。
9. 前記肉厚リング部の肉厚の断面形状を円形又は楕円形状とした請求項７又は請求項８に記載のバタフライバルブの弁体。
10. 請求項１乃至請求項９の何れかに記載のバタフライバルブの弁体を前記上下ステムを介して前記ボデー内に装着したゴムリング内周に開閉自在に設けた中心型バタフライバルブ。

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